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Die Erfindung betrifft eine modulare Beschichtungsanlage sowie ein Verfahren zum Beschichten, insbesondere zum Lackieren, mindestens eines Bauteils.
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Modulare Lackieranlagen sind bereits bekannt. So zeigt die Druckschrift
DE 10 2006 005 629 A1 eine Lackieranlage, die aus Modulen aufgebaut ist. Hierbei ist es vorgesehen, dass jeder einzelne Arbeitsschritt des Lackierprozesses einem Modul in Form eines Containers zugeordnet ist.
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Die Module bzw. Container werden aneinander angeordnet und von den Bauteilen der Reihe nach durchlaufen, um den Lackierprozess vollständig abzubilden.
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Für kleinere und mittlere Stückzahlen und bei vielen verschiedenen Lackieranforderungen z.B. aufgrund unterschiedlicher Bauteile oder Farbanforderungen ist eine derartige Anlage jedoch kosten- und raum intensiv.
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Weitere modulare Lackieranlagen sind aus der
WO 2011/ 121 255 A1 , der
WO 2009/ 018 841 A1 und der
EP 3 199 246 A1 bekannt.
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Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung eine Beschichtungsanlage und ein Verfahren anzugeben, die bei geringem Invest- und Platzbedarf eine höhere Flexibilität bieten.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Beschichtungsanlage nach Patentanspruch 1 und ein Verfahren nach Patentanspruch 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Es wird eine Beschichtungsanlage angegeben mit mindestens einem Kabinenmodul, in dem eine Reinigungsvorrichtung, eine Aktivierungsvorrichtung und eine Beschichtungsvorrichtung vorgesehen sind und mindestens einem Trocknermodul, in dem eine Trocknungsvorrichtung vorgesehen ist.
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In dem Kabinenmodul sind mehrere Verfahrensschritte miteinander kombiniert. Im Kabinenmodul finden die erforderlichen Vorbehandlungen des Bauteils, wie z.B. eine Oberflächenreinigung und Aktivierung ebenso statt wie das anschließende Beschichten bzw. Lackieren. Durch das Zusammenlegen dieser Arbeitsschritte in ein gemeinsames Modul werden alle Arbeitsschritte, welche mit der Vorbehandlung und dem Beschichten bzw. Lackieren zu tun haben, an einem Ort gebündelt. Hierdurch wird der Platzbedarf erheblich reduziert. Anstelle separater Module, die jeweils nur einen einzigen Arbeitsschritt abbilden, wird nun ein kombiniertes Kabinenmodul verwendet, in dem mehrere Arbeitsschritte nacheinander stattfinden. Das Handling des Bauteils wird vereinfacht, da es für mehrere Arbeitsschritte im Kabinenmodul verbleibt und nicht umgesetzt werden muss.
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Das Kabinenmodul und das Trocknungsmodul sind vorzugsweise als in sich verschließbare Räume ausgestaltet, die durch eine oder mehrere verschließbare Öffnungen von außen zugänglich sind. Jedes Modul ist vorzugsweise als eigenständige Einheit ausgestaltet, das bedeutet, das jedes Modul mit den für den Betrieb notwendigen Aggregaten und Anschlüssen ausgestattet sein kann, wie z.B. Gas, CO2, Wasser, Strom, Materialversorgung und Zusowie Abluftanschlüssen. Jedes Modul kann dabei vorzugsweise im Umluftbetrieb arbeiten, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Moduls erhöht wird. Zur Erfüllung von gesetzlichen Vorgaben kann jedes Modul zudem über eine Abluftreinigungsanlage verfügen.
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Die Reinigungsvorrichtung ist z.B. eine Laserbearbeitungsvorrichtung oder eine Vorrichtung zur CO2-Reinigung der Bauteile, dem sogenannten Trockeneisstrahlverfahren oder auch Snow Cleaning genannt. Hierbei wird flüssiges CO2 mittels einer oder mehreren Kapillardüsen auf die zu reinigende Oberfläche gesprüht, wodurch Verunreinigungen von dieser entfernt werden.
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Bei der Aktivierungsvorrichtung kann es sich zum Beispiel um eine Vorrichtung zum Beflammen der Oberfläche handeln. Beim Beflammen wird eine Flamme mit Sauerstoffüberschuss kurzfristig auf die zu behandelnde Oberfläche gerichtet, wodurch es zu einer Oxidation derselben und dadurch zu einer Aktivierung kommt.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der Beschichtungsvorrichtung um eine Lackiervorrichtung. Die Lackiervorrichtung kann eine manuell zu betätigende Lackiervorrichtung sein. Vorzugsweise handelt es sich bei der Lackiervorrichtung um eine robotergeführte und vollautomatisch betätigbare Lackiervorrichtung. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Lackiervorrichtung eine Applikationswerkzeug-Wechselvorrichtung auf. Eine solche auch als Tool-Changer oder Zerstäuber- Wechselvorrichtung bezeichnete Wechselvorrichtung ermöglicht es am Roboter eine Vielzahl unterschiedlicher Applikationswerkzeuge anzubringen bzw. diese schnell, manuell oder automatisiert zu tauschen. So ist es möglich, den Lackierroboter z.B. mit einem Hochrotationszerstäuber, einem Druckluftzerstäuber, der Kartuschentechnik in Verbindung mit Direktaufladung oder Außenaufladung u.ä. zu betreiben. Durch den Einsatz einer Applikationswerkzeug-Wechselvorrichtung können unterschiedliche Farbtöne realisiert werden. Zudem kann die Erreichbarkeit bei unterschiedlichen Bauteilgeometrien sichergestellt werden. Lackschichtdicken und der Auftragswirkungsgrad lassen sich individuell einstellen. Zudem wird der Einsatz innovativer Applikationen möglich, wie z.B. oversprayfreie Lackierung, Lackdrucken, Lasermarking u.ä.
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Bei der Trocknungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine UV-Trocknungsvorrichtung handeln, wenn die applizierte Beschichtung z.B. einen UV-härtenden Lack aufweist. Vorzugsweise weist die Trocknungsvorrichtung eine Heizvorrichtung, eine Kühlvorrichtung und eine Befeuchtungsvorrichtung auf. Mittels der Heizvorrichtung und Kühlvorrichtung wird das beschichtete bzw. lackierte Bauteil geführt aufgeheizt und abgekühlt zur gesteuerten Trocknung der Beschichtung. Mittels der Befeuchtungsvorrichtung kann die Luftfeuchtigkeit im Trocknermodul geregelt werden zur Einstellung optimaler Trocknungsbedingungen. Vorzugsweise beinhaltet das Trocknermodul weiterhin eine Steuerungsvorrichtung, die eingerichtet ist um den Trocknungsverlauf innerhalb des Kabinenmoduls individuell an das Bauteil angepasst zu steuern. In dem Trocknungsmodul finden vorzugsweise die drei Prozessschritte Ablüften, Heizen und Kühlen des Bauteils statt.
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Die Beschichtungsanlage kann durch genau ein Kabinenmodul in Kombination mit einem Trocknermodul realisiert werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind in der Beschichtungsanlage jedoch mehrere Kabinenmodule und mehrere Trocknermodule vorgesehen. Hierdurch kann sowohl die Kapazität der Anlage als auch die Flexibilität derselben gesteigert werden, wenn sich z.B. einzelne Kabinenmodule oder einzelne Trocknermodule in ihrer Ausstattung oder Betriebsprogrammen von anderen Kabinenmodulen oder Trocknermodulen unterscheiden. Jedes Kabinenmodul kann mit individuellen Beschichtungsvorrichtungen und/oder Programmabläufen ausgestattet sein, ebenso kann jedes Trocknungsmodul mit individuellen Trocknungsvorrichtungen und/oder Trocknungsverläufen bestückt sein. Die Module werden vorzugsweise unabhängig voneinander betrieben. Durch das Vorsehen mehrerer parallel oder unabhängig voneinander betreibbarer Kabinen- und Trocknermodule verkürzen sich die Durchlaufzeiten der Bauteile durch die Anlage, da Leerziehstrecken und Entkopplungsstrecken entfallen können. Durch das Vorsehen mehrerer parallel oder unabhängig voneinander einsetzbarer Kabinenmodule bzw. Trocknermodule kann zudem der Durchsatz der Anlage erhöht werden, was zu einer besseren Mitarbeiterauslastung und damit zu reduzierten Betriebskosten führt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die mehreren Kabinenmodule nebeneinander in einer Reihe angeordnet und die mehreren Trocknermodule sind in einer zweiten Reihe angeordnet, welche der Reihe der Kabinenmodule gegenüber liegt. Trocknermodule können zusätzlich innerhalb der zweiten Reihe auch übereinander angeordnet sein.
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Hierdurch ergibt sich eine matrixförmige Anordnung von Kabinen- und Trocknermodulen, die kurze Wege zwischen den Modulen, einen geringen Platzbedarf und wenige notwendige Transportvorrichtungen zum Transport der Bauteile zwischen den Modulen erfordert.
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Die Beschichtungsanlage kann weiterhin eine Transportvorrichtung aufweisen zum Transport von Bauteilen von dem Kabinenmodul zum Trocknermodul und umgekehrt. Mittels der Transportvorrichtung können ein oder mehrere Bauteile, die z.B. auf einem Bauteilträger oder Skid angeordnet sind, zwischen den Modulen hin- und her bewegt werden. Wird eine matrixförmige Anordnung der Module vorgesehen, so kann z.B. bereits eine einzige Transportvorrichtung ausreichen. Mehr als eine Transportvorrichtung können bei Bedarf natürlich vorgesehen sein.
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Bei den Bauteilen handelt es sich vorzugsweise um Fahrzeugbauteile, insbesondere Karosseriebauteile, Karosserieanbauteile oder eine Fahrzeugkarosserie. Die Bauteile können sortenrein oder auch gemischt auf einem Bauteilträger angeordnet und in der Anlage bewegt werden. Sollen verschiedene Bauteile in der Anlage verarbeitet werden, so kommen vorzugsweise modulare Bauteilträger zum Einsatz.
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Zur Erhöhung der Flexibilität der Beschichtungsanlage kann die Transportvorrichtung in einer Ausgestaltung als flexible Transportvorrichtung derart eingerichtet sein, dass sie jedes Kabinenmodul und jedes Trocknermodul individuell anfahren kann. Die Reihenfolge, in der die flexible Transportvorrichtung die Module anfährt, ist dabei frei programmierbar. Hierdurch unterscheidet sich die flexible Transportvorrichtung z.B. von Transportvorrichtungen, die bei herkömmlichen in einer Linie angeordneten Lackierstraßen verwendet werden. Neben der Verwendung von selbstfahrenden Skids ist es z.B. auch denkbar, Regalbediengeräte oder andere Arten von Handhabungsrobotern als flexible Transportvorrichtung zu verwenden. Diese sind vorzugsweise mit einer intelligenten Steuerung ausgestattet, die einen individuellen Transport der Bauteile zwischen verschiedenen Modulen ermöglicht.
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Ein Kabinenmodul kann einem Trocknermodul fest zugeordnet sein, so dass Bauteile aus einem bestimmten Kabinenmodul immer einem bestimmten Trocknermodul zugeführt werden. Die Flexibilität der Anlage lässt sich noch weiter steigern, wenn zusätzlich zu der matrixförmigen Anordnung der Module zudem eine intelligente Steuerungstechnik in Kombination mit einer flexiblen Fördertechnik zum Transport der Bauteile eingesetzt wird. So kann z.B. auch eine chaotische Belegung der Module erfolgen. Es können unterschiedliche Bauteile mit unterschiedlichen Prozessanforderungen nacheinander in demselben Modul bearbeitet werden. Ebenso können Bauteile, die in demselben Kabinenmodul behandelt wurden, in unterschiedlichen Trocknermodulen weiterbearbeitet werden. Hierbei können z.B. die Trocknermodule mit unterschiedlichen, produktspezifischen Trocknungskurven arbeiten. Es wird möglich, die Bauteile in flexibel angepassten Prozessreihenfolgen durch die Anlage zu steuern. Dadurch wird eine Multimaterialfähigkeit der Anlage gegeben.
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In dem Kabinenmodul können jeweils genau eine Reinigungsvorrichtung, eine Aktivierungsvorrichtung und eine Beschichtungsvorrichtung vorgesehen sein. Zur Erhöhung der Kapazität der Anlage können jedoch in dem Kabinenmodul mehr als eine Reinigungsvorrichtung, mehr als eine Aktivierungsvorrichtung und/oder mehr als eine Beschichtungsvorrichtung vorgesehen sein. Durch das Vorsehen mehrerer Reinigungsvorrichtungen und/oder mehrerer Aktivierungsvorrichtungen und/oder mehrerer Beschichtungsvorrichtungen in jeweils einem Modul kann die Kapazität der Anlage gesteigert werden und es wird möglich, mehrere Bauteile in einem Modul zeitgleich zu behandeln.
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Weiterhin wird ein Verfahren zum Beschichten mindestens eines Bauteils angegeben. Das Verfahren beinhaltet die Schritte:
- Einbringen des Bauteils in ein Kabinenmodul, in dem es gereinigt, aktiviert und mit mindestens einer Beschichtungsschicht beschichtet wird und
- Entnehmen des Bauteils aus dem Kabinenmodul und Einbringen desselben in ein Trocknermodul, in dem es getrocknet wird.
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In einer Ausgestaltung verbleibt das Bauteil während der Schritte des Reinigens und Aktivierens an ein und demselben ersten Arbeitsplatz. Hierzu sind vorzugsweise die Reinigungs- und Aktivierungsvorrichtung derart angeordnet, dass beide auf ein im Modul positioniertes Bauteil einwirken können, ohne dass dieses umgesetzt werden muss.
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Das Bauteil wird im Kabinenmodul mit einer oder mehreren Beschichtungsschichten versehen. Hierbei kann es sich beispielsweise um Haftgrundierungen, Farb- oder Klarlacke handeln. Das Bauteil kann nach dem Auftragen einer Beschichtungsschicht direkt mit einer weiteren Schicht beschichtet werden oder aber zunächst in ein Trocknermodul verbracht werden, um die einzelnen Schichten zu trocknen.
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Das Trocknen des Bauteils kann je nach Art der Beschichtung bzw. des Lacks durch unterschiedliche Verfahren erfolgen. Vorzugsweise umfasst das Trocknen des Bauteils die Schritte Ablüften des Beschichtungsmaterials auf dem Bauteil, Aufheizen und Abkühlen des Bauteils. In einer Ausgestaltung verbleibt das Bauteil während dieser Schritte an ein und demselben Arbeitsplatz. Durch die Kombination mehrerer Prozessschritte an demselben Arbeitsplatz können Handhabungsaufgaben verringert und vereinfacht werden. Dies bedeutet neben einer Zeitersparnis zudem das Einsparen von zusätzlichen Handhabungsvorrichtungen.
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Durch die Verwendung des modularen Anlagenkonzeptes kann die Anlage durch Hinzufügen oder Entfernen von Einzelmodulen schnell und einfach an den jeweiligen Anwendungsfall skaliert werden. Mit der Anlage ist ein Bauteilspektrum vom Kleinteil bis zum kompletten Fahrzeug darstellbar. Es wird möglich, mehrere verschiedene Farben auf einem Skid zu realisieren. Die Kosten für einen Farbwechsel werden verringert, da nur das entsprechende Kabinenmodul von dem Farbwechsel betroffen ist, also die Anzahl der vom Farbwechsel betroffenen Beschichtungsvorrichtungen reduziert wird. Hierdurch entstehen beim Betrieb der Anlage auch weniger Lackabfälle bzw. werden weniger Lösemittel benötigt. Aufgrund des prozessorientierten Betriebs der Trockner ist die Anlage multimaterialfähig. Aufgrund der Komplexitätsreduzierung - die Anlage benötigt in der einfachsten Ausführungsform lediglich ein Kabinenmodul und ein Trocknermodul - ist eine Automatisierung bereits bei Kleinstserien möglich und wirtschaftlich.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff „kann“ verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigt:
- 1 eine beispielhafte Beschichtungsanlage.
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1 zeigt eine beispielhafte Beschichtungsanlage 1 in Form einer Lackieranlage.
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Die Anlage 1 weist eine Reihe von Kabinenmodulen 10, 10', 10", ... und eine Reihe von Trocknungsmodulen 20, 20', 20", ... auf. Die Kabinenmodule 10, 10', 10'', ... sind in einer ersten Reihe I angeordnet, die Trocknungsmodule 20, 20', 20", ... sind in einer zweiten Reihe II angeordnet, welche der ersten Reihe I gegenüberliegt. In der zweiten Reihe II können beispielsweise auch zwei oder mehr Trocknungsmodule 20, 20', 20", ... übereinander gestapelt vorgesehen sein.
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Jedes Kabinenmodul 10, 10', 10", ... kann mit einer Reinigungsvorrichtung 12, einer Aktivierungsvorrichtung 14 und mindestens einer Beschichtungsvorrichtung 16 in Form einer Lackiervorrichtung ausgerüstet sein. Die Reinigungsvorrichtung 12 ist z.B. eine Vorrichtung zur CO2-Reinigung der Bauteile. Bei der Aktivierungsvorrichtung 14 kann es sich zum Beispiel um eine Vorrichtung zum Beflammen der Oberfläche handeln. Bei der Lackiervorrichtung 16 handelt es sich vorzugsweise um einen Mehrachsroboter mit Tool Changer, also mit Applikationswerkzeug-Wechselvorrichtung, wodurch der Roboter mit mehreren verschiedenen Lackierwerkzeugen betrieben werden kann.
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Jedes Trocknermodul 20, 20', 20", ... ist mit einer Trocknungsvorrichtung 22 ausgestattet, die z.B. eine Heizvorrichtung 24, eine Kühlvorrichtung 26 und einem Befeuchtungsvorrichtung 28 beinhalten kann. Ergänzend oder alternativ können auch Trocknermodule 20 mit einem (nicht dargestellten) UV-Trockner ausgestattet sein.
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Zwischen den Reihen von Kabinenmodulen 10, 10', 10", ... bzw. Trocknermodulen 20, 20', 20'', ... ist eine Transportvorrichtung 30 in Form eines Regalbediengerätes oder eines Verfahrwagens mit Hubvorrichtung angeordnet, mit dem Bauteile 40, 42, die z.B. auf einem Bauteilträger 50 bereitgestellt werden, in die einzelnen Module ein- und ausgebracht werden können und zwischen den Modulen hin- und hertransportiert werden. Die Transportvorrichtung 30 ist dabei als flexible Transportvorrichtung ausgestaltet, so dass die Bauteile von jedem Kabinenmodul 10, 10', 10", ... zu jedem Trocknermodul 20, 20', 20", ... verbracht werden können, je nach Vorgabe der frei programmierbaren Transportvorrichtungs-Steuerung.
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Zur Lackierung der Bauteile 40, 42 werden diese z.B. zunächst mittels der Transportvorrichtung 30 in ein Kabinenmodul 10 eingebracht (dargestellt in strichlierter Darstellung). Dort erfolgt eine Reinigung, Oberflächenaktivierung und ein erstes Beschichten der Bauteile. Anschließend werden die Bauteile 40, 42 mit dem Bauteilträger mittels der Transportvorrichtung 30 in ein Trocknermodul 20 verbracht, wo die Bauteile 40, 42 ablüften und geführt aufgeheizt und abgekühlt werden. Alternativ kann das Ablüften auch in dem Kabinenmodul stattfinden. Vorteilhafter Weise verbleibt das Bauteil während dieser Trocknungsschritte an ein und demselben Arbeitsplatz, wodurch der Handlingsaufwand reduziert wird. Es kann vorgesehen sein, dass die Bauteile 40, 42 nach diesem Schritt zum Auftragen weiterer Lackschichten erneut in ein Kabinenmodul und danach erneut in ein Trocknungsmodul verbracht werden. Hierbei kann es sich um dieselben oder andere Module handeln als im ersten Lackier- bzw. Trocknungsschritt.
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Die Anlage 1 ist mit einem intelligenten Steuerungssystem ausgestattet, welches es ermöglicht, Bauteile 40, 42 sowohl in den Kabinenmodulen 10, 10', 10", ... als auch in den Trocknermodulen 20, 20', 20'', ... mit individuellen Prozessabläufen, wie z.B. individuellen Trocknungskurven zu behandeln. Durch die matrixförmige Anordnung der Kabinenmodule 10, 10', 10'', ... und Trocknermodule 20, 20', 20", ... können die Module chaotisch belegt werden, wodurch die Anlage 1 mit hoher Flexibilität betrieben werden kann
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Die Kabinen- und Trocknermodule können identisch ausgestaltet sein oder unterschiedlich. So können z.B. einzelne Kabinenmodule, wie z.B. Kabinenmodul 10' zwei oder mehr Beschichtungsvorrichtungen 16 oder zwei oder mehr Reinigungs- oder Aktivierungsvorrichtungen 12, 14 aufweisen. Ebenso muss die Anzahl der Trocknermodule 20 nicht mit der Anzahl an Kabinenmodulen 10 übereinstimmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beschichtungsanlage
- 10, 10', 10'', 10''', 10''''
- Kabinenmodul
- 12
- Reinigungsvorrichtung
- 14
- Aktivierungsvorrichtung
- 16
- Beschichtungsvorrichtung
- 20, 20', 20'', 20''', 20''''
- Trocknermodul
- 22
- Trocknungsvorrichtung
- 24
- Heizvorrichtung
- 26
- Kühlvorrichtung
- 28
- Befeuchtungsvorrichtung
- 30
- Transportvorrichtung
- 40, 42
- Bauteile
- I, II
- Reihen
